?
Квантовый размерный эффект в сверхпроводниках
В середине прошлого века было продемонстрировано, что с уменьшением размеров сверхпроводящих структур, например, толщины тонкой пленки, ее критическая температура ТС сдвигается на некоторую величину. В алюминии и индии она увеличивается, а в ртути, ниобии и свинце она уменьшается. Тем
не менее общепринятой теории, объясняющей данный эффект, до настоящего времени нет. В 70-х гг., во
время самого большого объема исследований по данной тематике, В.Л. Гинзбург выдвинул предположение, что температура перехода достаточно чистой монокристаллической пленки сверхпроводника будет
точно такой же, как и в объемном теле. Однако данное предположение так и не было проверено, и вопрос
о природе этого эффекта все еще остается открытым. Для исследования крайне интересен алюминий, в
связи с тем, что зависимость TС алюминиевой пленки от ее толщины весьма предсказуема, и увеличивается с уменьшением размеров. Несмотря на некоторое количество работ по изучению этой зависимости в алюминии, не всегда удается точно установить соответствие с теорией. Это связано с тем, что характеристики варьируются от образца к образцу, изготовленных даже в одной партии. В нашем случае были изготовлены поликристаллические пленки, размеры кристаллитов в которых сопоставимы с толщиной пленки, и эпитаксиальные образцы с атомарно гладкой поверхностью. Пленки были изготовлены методами электронно-лучевого напыления и молекулярно-лучевой эпитаксии на различные подложки. В рамках модели БКШ критическая температура сверхпроводящего перехода экспоненциально зависит от плотности электронных состояний на уровне Ферми N(EF ) и константы электрон-фононного заимодействия V: TC ~ exp(–1/[N(EF)*V]). В работе показано, что за счет КРЭ в тонких сверхпроводящих пленках оба параметра N(EF) и V немонотонным образом меняются с толщиной образца. Такое поведение является следствием теории резонанса формы. Предположительно, эффект, оказываемый разупорядоченностью кристаллитов, а также поверхностью или подложкой, не имеет доминирующей роли конкретно в нашем случае, так как пленки алюминия имеют высокое качество, а их толщины выходят далеко за пределы сверхтонких объектов, в которых поверхностные явления начинают играть решающую роль. В результате проделанного исследования были получены экспериментальная и теоретическая зависимости TC от толщины пленок, изготовленных разными способами на разных подложках.